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Aufzucht von Jungkorallen in Aquakulturen Korallenriffe: Wie das Glückshormon Dopamin bei ihrer Rettung helfen könnte

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Korallenriffe gehören zu den artenreichsten Ökosystemen überhaupt. Doch ihr Bestand ist nicht zuletzt durch Klimawandel und Korallenbleichen bedroht. Warum deren Baumeister nicht einfach in Aquakulturen nachzüchten und in zerstörten Korallenriffen wieder ansiedeln? Weil der Lebenszyklus von Steinkorallen komplex, im Detail z.T. kaum untersucht und die Nachzucht daher bislang nicht gelungen ist. Nun ist ein Forscherteam diesem Ziel ein Stück näher gekommen. Sie fanden u.a. heraus: Dopamin, beim Menschen als Glückshormon bekannt, hat auch eine Wirkung auf winzige Korallenlarven.

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Steinkorallen sind die Baumeister der gewaltigen tropischen Riffe in den Ozeanen. Auch Barsche und Schwämme sind Bewohner des Riffs.
Steinkorallen sind die Baumeister der gewaltigen tropischen Riffe in den Ozeanen. Auch Barsche und Schwämme sind Bewohner des Riffs.
(Bild: Universität Oldenburg/Peter Schupp)

Oldenburg – Dem Meeresbiologen blutet das Herz ebenso wie dem passionierten Taucher, wenn sich ihm am Meeresgrund statt eines farbenfrohen Korallenriffs der Anblick grauweißer Kalkskelette ohne jedes Leben bietet: Korallenbleichen bedrohen diese einzigartigen Ökosysteme weltweit.

Auch bedingt durch Klimawandel und Erwärmung der Meere finden solche verheerenden Bleichen zudem in immer kürzeren Zeitabständen statt. Wie ein Forscherteam um Terry Hughes von der James-Cook-Universität im australischen Townsville im vergangenen Jahr im Fachmagazin Science berichtete, sind die Zeitabstände zwischen einzelnen Korallenbleichen mitunter so kurz, dass sich die Gemeinschaften nicht mehr vollständig regenerieren können. Der Bestand der Ökosysteme sei somit ernsthaft gefährdet, so die Forscher. Die ihm Rahmen ihrer Forschungsarbeiten erhobenen Daten verdeutlichen diese Brisanz:

  • zu Beginn der 1980er Jahre traten Korallenbleichen durchschnittlich alle 25 bis 30 Jahre auf
  • heute kommt es im Schnitt bereits alle 6 Jahre zu einer Korallenbleiche

Wie Korallenlarven sesshaft werden

Nicht zuletzt diese Ergebnisse zeigen, wie dringend der Handlungsbedarf ist, will man diese artenreichen Ökosysteme retten. Abseits des Kampfes gegen Klimawandel, Meeresverschmutzung & Co. bestünde dabei ein Ansatz auch darin, Korallen im großen Stil in so genannten Aquakulturen aufzuziehen, um sie wieder ansiedeln zu können. Doch der Lebenszyklus der sessilen, koloniebildenden Nesseltiere ist komplex und bislang ist es nicht gelungen Steinkorallen, also die Tiere, die den Hauptteil von Korallenriffen ausmachen, in Aquakulturen zu züchten.

Nun geben Forschungsergebnisse eines norddeutschen Wissenschaftlerteams Anlass zur Hoffnung: Den Biologen Mareen Möller, Samuel Nietzer und Prof. Dr. Peter Schupp vom Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) in Wilhelmshaven ist es gelungen, diejenigen Botenstoffe zu identifizieren, die beim Übergang von der frei schwimmenden Larve zum sesshaften Polypen – ein entscheidender Schritt im Lebenszyklus von Steinkorallen – eine Rolle spielen.

Auf dem ersten Blich erstaunlich: Auch der beim Menschen als Glückshormon bekannte Neurotransmitter Dopamin ist unter diesen Botenstoffen. Die Ergebnisse der Forscher könnten es erstmals ermöglichen, Jungkorallen in Aquakulturen aufzuziehen und somit zum Schutz bedrohter Korallenriffe beitragen, schreibt das Team in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Scientific Reports.

Steinkorallen – bedrohte Baumeister der Korallenriffe

Steinkorallen sind die Baumeister der teils gewaltigen Riffe in den tropischen Ozeanen der Erde. Nicht nur der Klimawandel auch Ozeanversauerung, Schadstoffe und Dynamitfischerei bedrohen jedoch ihren Fortbestand. Viele Details des Lebenszyklus der Nesseltiere sind bislang kaum untersucht. „Die meisten Korallen laichen nur einmal im Jahr, weshalb ihre Fortpflanzung schwer zu erforschen ist“, berichtet Schupp, der an der Universität Oldenburg die Arbeitsgruppe Umweltbiochemie leitet. Die meisten Steinkorallen-Arten geben Eizellen und Spermien ins Wasser ab, wo sich die befruchteten Eizellen zu winzigen ovalen oder länglichen Larven entwickeln. Diese treiben einige Tage oder Wochen im Meer. Anschließend verwandeln sie sich in einen meist blumenförmigen Polypen und siedeln sich an einem geeigneten Standort an.

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„Brütende Koralle“ als Forschungsobjekt

Bereits bekannt ist, dass bestimmte Lichtverhältnisse, die Oberflächenstruktur eines Riffs oder chemische Reize die Larven dazu bringen, sich in sesshafte Jungtiere zu verwandeln und eine neue Kolonie zu gründen. Möller, Nietzer und Schupp untersuchten nun, welche Signalketten und Botenstoffe dabei eine Rolle spielen. Dazu führten sie Experimente mit Larven der Großpolypigen Steinkoralle (Leptastrea purpurea) durch, einer Art, die im flachen Wasser vor der Küste der Insel Guam im westlichen Pazifik lebt.

„Mit dieser Korallenart kann man hervorragend arbeiten“, berichtet Mareen Möller. Bei den rötlich-orangefarbenen Kolonien dieser Art entwickeln sich die Larven nicht im freien Wasser, sondern im Gewebe der Tiere. „Es handelt sich um eine so genannte brütende Koralle“, erläutert Möller. Für die Wilhelmshavener Forscher ist die Art vor allem deswegen interessant, weil die Tiere nicht nur einmal im Jahr Larven abgeben, sondern jeden Tag. „Das macht es wesentlich einfacher, Experimente durchzuführen“, sagt Möller.

Um die Signalketten zu untersuchen, die den Ansiedlungsprozess auslösen, setzte das Team die Larven verschiedenen Konzentrationen der Botenstoffe Serotonin, Adrenalin, Dopamin, L-Dopa, Glutaminsäure und Kalium aus. Von diesen Neurotransmittern, die auch im menschlichen Nervensystem eine wichtige Rolle spielen, war bereits bekannt, dass sie Larven sesshafter Meerestiere wie Muscheln, Seepocken oder Seegurken dazu bringen, sich auf dem Untergrund festzusetzen.

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Dopamin regt zu entscheidendem Schritt im Lebenszyklus der Koralle an

Die Forscher stellten fest, dass vor allem Dopamin, aber auch Glutaminsäure und Adrenalin die Metamorphose der Larven zu Polypen und auch ihre Ansiedlung anregten. Serotonin, Kalium und L-Dopa zeigten hingegen keine Wirkung. Die Experten betonen, dass ihre Studie ein erster Schritt sei, um die molekularen Grundlagen des Lebenszyklus der Korallen zu verstehen: Weitere Untersuchungen könnten zeigen, wie hoch die einzelnen Stoffe konzentriert sein müssen, um möglichst viele Korallenlarven zur Sesshaftigkeit zu bewegen, oder ob Kombinationen mehrerer Neurotransmitter besser dafür geeignet sind.

Studienergebnisse können zum Schutz von Korallen beitragen

Ein genaueres Verständnis dieser Prozesse könnte dabei helfen, die Korallen besser zu schützen. So könnten die Ergebnisse genutzt werden, um Korallen in Aquakulturen anzusiedeln und so die Entnahme wilder Korallenkolonien für den Aquarienhandel zu minimieren. Mit Hilfe der Botenstoffe ließen sich beispielsweise gezielt Jungkorallen für lokale Riff-Restaurationsprojekte produzieren. „Dabei muss man aber betonen, dass das großflächige Korallensterben, wie wir es im Zuge des Klimawandels beobachten, durch solche Maßnahmen nicht gestoppt werden kann“, betont Schupp. Denn dafür müsste der fortschreitende Klimawandel gebremst werden.

Originalpublikation: Mareen Möller, Samuel Nietzer und Peter Schupp: Neuroactive compounds induce larval settlement in the scleractinian coral Leptastrea purpurea, Scientific Reports (2019), 9:2291, doi.org/10.1038/s41598-019-38794-2

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